测定玻璃的折射率 课件（共37张PPT） （共37张PPT）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,测定玻璃的折射率,请完成如图所示的光路图,平行玻璃砖,r,i,演示：一束激光打在平行玻璃砖上，学生感受一下，并根据上述图说说要测玻璃的折射率，应测哪些量？,i,问题：如果在图示的位置插上两枚大头针,P,1,P,2,，沿,P,1,P,2,方向射到平行玻璃砖上的光，相应的折射光线如何呢？,r,i,折射光射入人眼中，引起人的视觉,r,i,r,i,r,i,人的视觉习惯,r,i,人在如图左位置能看到几枚大头针的像，在右位置能看到哪枚大头针的像？,r,i,在右位置方向上，依次插上两枚大头针,P,3,P,4,，使之挡住大头针,P,1,P,2,像,r,i,r,i,r,i,P,3,P,4,的连线即为通过入射光线,P,1,P,2,的出射光线,一、实验目的,r,i,测定玻璃的折射率,二、实验原理,如图，利用平行玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出入射光线,AO,对应的出射光线,OB,，量出入射角,i,和折射角,r,，根据折射定律,n=sini/sinr,计算出玻璃的折射率。,三、实验器材,玻璃砖，木板，白纸，大头针（,4,枚），图钉，三角板，量角器，圆规，直尺、铅笔,A,O,O,B,三 实验器材,玻璃砖，木板，白纸，大头针（,4,枚），图钉，三角板，量角器，圆规，直尺、铅笔,、固定白纸于绘图板,、画出界面线,aa,、法线,NN,和入射光线,OA,3,、放好玻璃砖，使长边与,aa,重合，画下界面,bb.,四、实验步骤,N,N,a,a,O,A,b,b,4,、插针法定出射光线：在,OA,上,竖直,插上,P,1,、,P,2,，透过玻璃砖观,P,1,、,P,2,的像，调整视线直到,P,2,的像挡住,P,1,的像，再在观察者一 侧竖直插,P,3,、,P,4,，,使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,的像，,P,4,挡住,P,3,本身和,P,1,、,P,2,的像,，记下,P,3,、,P,4,的位置。,r,i,5,、作图确定出射光,O,B,、出射点,O,、折射光线,OO,.,6,、改变入射角,i,为,30,、,45,、,60,、,75,重复做几次,7,、数据记录与处理,方法,1,：测量入射角,i,和折射角,r,，查出正弦值并记入表格,次数,i,sini,r,sinr,n,n,平均值,1,30,0.500,20.9,0.357,1.40,1.40,2,45,0.707,30.5,0.508,1.39,3,60,0.866,38.0,0.616,1.41,方法,2,：用测得的多组入射角,i,与折射角,r,作出,sin,i,sin,r,图象如图所示，其斜率即为玻璃的折射率,sin,r,sin,i,0,1,0.67,r,i,O,P,P,Q,Q,方法,3,：,如图所示，以,O,为圆心，作圆与,O,A,、,OO,分别交于,P,、,Q,点，过,P,、,Q,点分别作法线,NN,的垂线，垂足分别为,P,、,Q,，测量出,PP,和,QQ,的长度，则玻璃的折射率,n,=,。,测出不同入射角时的,PP,和,QQ,的长度,，记录在表中。计算玻璃的折射率，并求平均值。,次数,i,PP,QQ,n,n,平均值,1,30,2,45,3,60,注意事项,实验时尽可能将大头针竖直地插在铺有白纸的木板上,P,1,和,P,2,，,P,2,和,O,之间，,P,3,和,P,4,之间，,P,3,和,O,之间的距离要稍大一些,入射角不能太大，也不能太小，在,20,70,之间为宜,(4),在实验时，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变,(5),在实验时，玻璃砖应选用宽度较大的，宜在,5 cm,以上,(,6),在实验时，不能把玻璃砖当尺子来画界面,实验与误差分析：,1.,边界问题,r,i,（,1,）如果边界整体向上平移，测出的折射率不变,r,i,（,2,）如果画出的下边界比实际下边界偏下，造成折射角的测量值比真实值偏大，折射率的测量值比真实值偏小,r,i,（,3,）如果画出的上、下边界比实际边界偏外，造成折射角的测量值比真实值偏大，折射率的测量值比真实值偏小,（,4,）如果画出边界后，实验过程中玻璃砖如图移动，造成折射角的测量值比真实值偏小（或大），折射率的测量值比真实值偏大（或小）,r,i,r,i,2,入射光线（角）折射光线（角）问题,（,1,）如果大头针间距过小，造成入射光线、折射光线不准，造成误差,（,2,）如果入射角过小，造成测量入射角、折射角误差大，造成实验误差,（,3,）玻璃砖的厚度过小，造成折射角测量误差大,1,、用圆柱形玻璃测玻璃的折射率,用的是插针法，光路图如图,1,所示。,测玻璃的折射率的方法,2,、用不平行玻璃砖测玻璃的折射率,用的也是插针法，,光路图如图,2,所示,。,3,、半圆形玻璃砖测玻璃的折射率。,插针法，光路图如图,3,所示。入射光沿玻璃砖半径方向。,全反射临界角的应用,光路图如图,4,所示，,将一块半圆形玻璃砖放在水平面上，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心,O,，以,O,为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过,角时，观察者在玻璃砖的直径一侧恰好看不到出射光线。,角即为全反射的临界角，这样就可以求出玻璃的折射率了。,4,、用玻璃三棱镜测玻璃的折射率。,用插针法，原理图如图,5,所示。,1,、,如图所示，在用玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，如果所用的玻璃砖,ABCD,的上表面,AB,和下表面,CD,不严格平行（,AD,略大于,BC,），下列说法中正确的是,A,用此玻璃砖做实验，画出的折射光线,c,和相应的入射光线,a,不再平行，因此对实验结果产生系统误差,B,用此玻璃砖做实验，画出的折射光线,c,和相应的入射光线,a,不再平行，但不会因此对实验结果产生影响,C,射出光线,c,相对于入射光线,a,有顺时针方向的微小偏转,D,射出光线,c,相对于入射光线,a,有逆时针方向的微小偏转,配套习题,2.,在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面,aa,、,bb,与玻璃砖位置的关系分别如图,、,和,所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以,aa,、,bb,为界面画光路图则,甲同学测得的折射率与真实值相比,_(,填,“,偏大,”“,偏小,”,或,“,不变,”,),乙同学测得的折射率与真实值相比,_(,填,“,偏大,”“,偏小,”,或,“,不变,”,),丙同学测得的折射率与真实值相比,_,3.,如图,所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插大头针,P,1,、,P,2,确定入射光线，并让入射光线过圆心,O,，在玻璃砖,(,图中实线部分,),另一侧垂直纸面插大头针,P,3,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,的像，连接,OP,3,.,图中,MN,为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，,B,、,C,分别是入射光线、折射光线与圆的交点，,AB,、,CD,均垂直于法线并分别交法线于,A,、,D,点,(1),设,AB,的长度为,l,1,，,AO,的长度为,l,2,，,CD,的长度为,l,3,，,DO,的长度为,l,4,，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量,_,，则玻璃砖的折射率可表示为,_,(2),该同学在插大头针,P,3,前不小心将玻璃砖以,O,为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将,_(,填,“,偏大,”,、,“,偏小,”,或,“,不变,”,),4,、,如图所示，画有直角坐标系,Oxy,的白纸位于水平桌面上,M,是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与,x,轴重合，,OA,是画在纸上的直线，,P,1,、,P,2,为竖直地插在直线,OA,上的两枚大头针，,P,3,是竖直地插在纸上的第三枚大头针，,是直线,OA,与,y,轴正方向的夹角，,是直线,OP,3,与,y,轴负方向的夹角只要直线,OA,画得合适，且,P,3,的位置取得正确，测出角,和,，便可求得玻璃的折射率某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线,OA,上竖直地插上了,P,1,，,P,2,两枚大头针，但在,y,0,的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到,P,1,、,P,2,的像，,他应采取的措施是,_,若他已透过玻璃砖看到了,P,1,、,P,2,的像，确定,P,3,位置的方法是,_,若他已正确地测得了,、,的值，则玻璃的折射率,n,_.,P,4,P,1,P,2,P,3,C,A,B,5,、某同学在用等腰直角棱镜测定玻璃的折射率时，先在白纸上作一与棱镜等大的三角形，将棱镜平放在白纸上，使其边界与所画的三角形重合在玻璃一侧竖直插两枚大头针,P,1,和,P,2,，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使,P,1,的像被,P,2,挡住，接着在眼睛所在的一侧再先后插两枚大头针,P,3,和,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,和,P,2,的像，,P,4,挡住,P,3,和,P,1,和,P,2,的像。在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓,ABC,如图所示。已知光线在三棱镜底面,AB,发生了全反射。,（,1,）用几何作图法，在图中准确画出棱镜内的光路走向,（,2,）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是,、,，在图上标出它们。,（,3,）计算折射率的公式是,。,6,、,某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的园，圆心为,O,，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合，在玻璃的一侧竖直插两枚大头针,P,1,和,P,2,，在另一侧再先后插两枚大头针,P,3,和,P,4,，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头,P,4,、,P,3,和,P,2,、,P,1,的像恰好在同一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，白纸上的结果如图所示，请在图中画出,沿,P,1,、,P,2,连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向；,光线在玻璃内的传播方向；,在光线的入射点作法线，标出入射角,和折射角,；,写出计算玻璃折射率的公式（不必计算）。,7,、,在一次测玻璃的折射率实验中，采用了如下的方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心,O,，以,O,为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过,角,时，观察着在玻璃砖平面一侧恰看不到射出光线，这样就知道该玻,璃,砖的折射率,n,的大小，那么，上述测定方法主要是利用了,的原理，该玻璃的折射率,n,。,